CN112492956A - 一种割草机及其自动驾驶方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种割草机的自动驾驶方法，包括如下步骤：获取草场的航点数据，根据所述航点数据规划行进路径，并标定固定障碍物；根据所述行进路径，控制所述割草机行进的同时，控制所述割草机进行割草；所述割草机行进过程中，判断所述割草机的辐射范围内是否存在障碍物；若判定存在所述障碍物，判断所述障碍物的类型；根据所述障碍物的类型，选择避障方式。本发明提供的割草机的自动驾驶方法，根据障碍物的特点来对障碍物进行分类，并能够根据不同种类的障碍物自身的特点来选择相应的避障方法，通过对避障方式的细化，有利于实现对割草机运行的精确化控制，提高自动驾驶的智能化程度，减少作业过程中的停车次数，提高割草效率。

Description

一种割草机及其自动驾驶方法

技术领域

本发明涉及农业机械技术领域，具体而言，涉及一种割草机及其自动驾驶方法。

背景技术

现有的割草机，正逐步由汽油发动机驱动向电机驱动演进，以达到节能减排、降低噪声的目的，同时，随着卫星定位、自动驾驶等技术的发展，在割草过程中实现无人化驾驶的需求也日益迫切。

目前的无人驾驶割草机在作业过程中，通常具有避障功能，在检测到障碍物时，割草机会停车，等待操作人员进行相应的处理后，才能继续进行割草作业，导致无人割草机行进过程中频繁停车，割草效率较低。

发明内容

本发明解决的问题是目前的无人驾驶割草机割草效率较低。

为解决上述问题，本发明提供一种割草机的自动驾驶方法，包括如下步骤：

获取草场的航点数据，根据所述航点数据规划行进路径，并标定固定障碍物；

根据所述行进路径，控制所述割草机行进的同时，控制所述割草机进行割草；

所述割草机行进过程中，判断所述割草机的辐射范围内是否存在障碍物；

若判定存在所述障碍物，判断所述障碍物的类型；

根据所述障碍物的类型，选择避障方式。

可选地，根据所述障碍物的类型，选择避障方式包括：若判定所述障碍物为所述固定障碍物，则选择主动避障。

可选地，所述主动避障包括绕行。

可选地，根据所述障碍物的类型，选择避障方式还包括：若判定所述障碍物不是所述固定障碍物，则根据所述割草机的行进方式以及所述障碍物的位置，选择被动避障。

可选地，若所述割草机的行进方式为向前，且所述障碍物位于所述割草机的前方，则控制所述割草机减速或停车；

若所述割草机的行进方式为向后，且所述障碍物位于所述割草机的后方，则控制所述割草机停车；

若所述障碍物位于所述割草机的排草口一侧，则控制所述排草口关闭。

可选地，在控制所述割草机行进前，还包括：对所述割草机进行自检，若所述割草机的自检结果正常，则进入预充电状态，否则记录和显示故障情况，并停机。

可选地，所述进入预充电状态包括：对所述割草机的各控制器母线电容充电，若任一所述控制器母线电压在预定时间内未达到设定值，或预充电流异常，则记录和显示预充电故障，并停机。

可选地，控制所述割草机进行割草包括：获取割草指令，根据所述割草指令控制所述割草机的割台进行升降，以及控制所述割草机的割刀转速。

可选地，控制所述割草机进行割草还包括：对所述割草机的电池电量进行检测，若所述电池电量小于预设电量，则控制所述割刀停止运行，且禁止所述割台下降；对所述割台的高度进行判断，若所述割台处于最高位或最低位时，则所述割刀停止运行。

本发明的另一目的在于提供一种割草机，所述割草机根据上述的割草机的自动驾驶方法进行自动驾驶；

所述割草机包括割草机本体、行走模块、切割模块、路径规划模块、人机交互模块、避障模块以及控制模块，其中，

所述行走模块安装于所述割草机本体上，用于驱动所述割草机本体行进；

所述切割模块安装于所述割草机本体上，用于割草；

所述路径规划模块安装于所述割草机本体上，用于对所述行走模块的行进路线进行规划；

所述路径规划模块包括打点测绘仪；

所述人机交互模块用于获取所述割草机的作业参数；

所述避障模块安装于所述割草机本体上，用于对障碍物进行检测；

所述割草机本体、所述行走模块、所述切割模块、所述路径规划模块、所述人机交互模块以及所述避障模块均与所述控制模块信号连接。

与现有技术相比，本发明提供的割草机的自动驾驶方法具有如下优势：

本发明提供的割草机的自动驾驶方法，根据障碍物的特点来对障碍物进行分类，并能够根据不同种类的障碍物自身的特点来选择相应的避障方法，通过对避障方式的细化，有利于实现对割草机运行的精确化控制，提高自动驾驶的智能化程度，减少作业过程中的停车次数，提高割草效率。

附图说明

图1为本发明所述的割草机的结构简图；

图2为本发明所述的割草机的控制框图；

图3为本发明所述的行走模块的结构简图；

图4为本发明所述的割草机雷达探测区域示意图；

图5为本发明所述的排草口的结构简图一；

图6为本发明所述的排草口的结构简图二；

图7为本发明所述的排草口的结构简图三；

图8为本发明所述的上转轴组合的结构简图；

图9为本发明所述的下转轴组合的结构简图；

图10为本发明所述的切割模块的结构简图；

图11为本发明所述的割草机行进控制过程简图。

附图标记说明：

1-割草机本体；2-行走模块；21-右前轮；22-左前轮；23-右后轮；24-右后减速箱；25-右行走电机；26-左后轮；27-左后减速箱；28-左行走电机；3-切割模块；31-排草口；311-上转轴组合；3111-第一齿轮；3112-上转轴焊合；3113-排草罩；3114-扭簧；312-下转轴组合；3121-摆臂；3122-第二齿轮；3123-封草板焊合；313-排草口支架；314-拉线；32-第一电动推杆；33-割台；34-第二电动推杆；35-割刀电机；4-前侧方探测区域；5-前方探测区域；6-左侧探测区域；7-右侧探测区域；8-后方探测区域；9-电池模块。

具体实施方式

下面详细描述本发明的实施例，所述实施例的示例在附图中表示，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，旨在用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制，基于本发明的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

在本发明的描述中，需要理解的是，术语“第一”、“第二”仅用于简化描述，而不能理解为指示或暗示相对重要性，或隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定为“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本发明的描述中，“多个”的含义是两个或两个以上，除非另有明确具体的限定。

为使本发明的上述目的、特征和优点能够更为明显易懂，下面结合附图对本发明的具体实施例做详细的说明。

现有技术中通过预埋检测线来确定草场边界的方法，在草场边界发生变化时，需要根据变化后的草场边界来重新预埋检测线，导致用户使用不便；同时，目前无人驾驶割草机的避障系统，无法对检测到的障碍物类型进行分辨，在检测到所有类型的障碍物时，均会停车，需要操作人员针对障碍物的类型来进行相应的操作，因而割草机在行进过程中会出现频繁停车，导致割草效率不高。

为解决目前的无人驾驶割草机割草效率低的问题，本发明提供一种割草机的自动驾驶方法，该自动驾驶方法包括如下步骤：

获取草场的航点数据，根据航点数据规划行进路径，并标定固定障碍物；

根据行进路径，控制割草机行进，并控制割草机进行割草；

割草机行进过程中，判断割草机的辐射范围内是否存在障碍物；

若判定存在障碍物，判断障碍物的类型；

根据障碍物的类型，选择避障方式。

其中航点数据的获取，可以通过高精度的打点测绘仪对草场边界上的特征点进行测绘得到，也可以通过控制割草机沿草场的边界进行边割草边打点测绘得到，进一步根据打点测绘得到的航点数据来对割草机的行进路径进行规划，得到割草机的行进路径；并根据航点数据对草场中的固定障碍物进行标定，得到固定障碍物的信息。

进一步的，根据得到的行进路径，控制割草机行进，并在行进过程中进行割草动作即可。

为提高割草过程中的安全性，本申请进一步在割草机行进过程中，判断割草机的辐射范围内是否存在障碍物，以免因割草机的行进对人体造成伤害，或对其他物品造成损坏；具体的，本申请中割草机的辐射范围是指，可能会阻碍割草机的运行，或割草机的行进过程中会对物体造成损坏的范围，该具体范围可根据割草机的型号规格等进行设定。

若判定存在会对割草机的行进或运行产生影响的障碍物，则进一步判断该障碍物的种类，并根据障碍物的种类选择合适的避障方法，以便于在保证安全的前提下，最大程度的提高割草机的工作效率。

本申请根据障碍物的特点来对障碍物进行分类，并能够根据不同种类的障碍物自身的特点来选择相应的避障方法，通过对避障方式的细化，有利于实现对割草机运行的精确化控制，减少作业过程中的停车次数，提高割草效率。

本发明提供的割草机的自动驾驶方法，通过航点数据来对割草机的行进路径进行规划，不仅准确度高，而且在草场情况发生变化时，仅需要通过重新进行打点测绘，或对系统中的航点数据进行修改即可，操作方便，有利于提高割草机的工作效率。

具体的，本申请根据障碍物的特点，将障碍物分为固定障碍物与活动障碍物，其中固定障碍物是指打点测绘过程过程中标定的、在草场中固定存在的且位置不变的障碍物，如草场生长的树木等；活动障碍物是指检测到的除固定障碍物之外的障碍物；需要说明的是，本文中的活动障碍物并不是指可以活动的障碍物，也可以为放置于草场中的物体等。

该割草机的自动驾驶方法中，根据障碍物的类型，选择避障方式包括：若判定障碍物为固定障碍物，则选择主动避障；其中主动避障包括绕行。

根据障碍物的类型，选择避障方式还包括：若判定障碍物不是固定障碍物，则根据割草机的行进方式以及障碍物的位置，选择被动避障。

其中在行进过程中可以通过采集割草机周围的影像判断是否存在障碍物，也可以通过设置雷达来检测是否存在障碍物；本申请优选通过雷达来检测是否存在障碍物。

在割草机行进过程中，检测到存在障碍物后，首先将检测到的障碍物的信息，如位置、大小等，与航点数据中记载的固定障碍物信息进行比对，若信息一致，则判定该障碍物为固定障碍物；由于固定障碍物的位置不变，因此，选择主动避障的方式来避开障碍物，以保证割草动作的顺利进行。

本申请优选主动避障的方式为绕行，即判定行进路径中存在阻碍割草机正常行进的固定障碍物时，割草机通过绕行的方式多开该固定障碍物后，继续行进。

本申请提供的自动驾驶方法，也可以在根据航点数据规划行进路径时，直接绕开有固定障碍物的位置，也就是指定的行进路径中，直接选择绕开固定障碍物。

本申请提供的割草机的无人驾驶方法，在遇到固定障碍物时，不需要停车处理，可直接选择绕行的方式来进行避障，极大的减少了作业过程中的停车次数，提高了无人驾驶的智能化程度，提高了割草效率。

将检测到的障碍物信息与航点数据中记录的固定障碍物信息进行比对后，如果二者信息不一致，判定该障碍物不是固定障碍物，也就是说该检测到的障碍物可能是临时存在的人、动物或物体，则选择被动避障的方式。

具体被动避障的方式，可以根据障碍物的位置以及割草机的行进方向等来决定，以便于在保证安全的同时，最大程度的提高割草效率。

具体的，判定障碍物不是固定障碍物后，若割草机的行进方式为向前，且障碍物位于割草机的前方，则控制割草机减速或停车；

若割草机的行进方式为向后，且障碍物位于割草机的后方，则控制割草机停车；

若障碍物位于割草机的排草口一侧，则控制排草口关闭。

当割草机的行进方式向前时，若判定前方存在活动障碍物，该活动障碍物可能是人、动物或临时放置的物体等，为保证安全，割草机可以选择减速，等待人或动物移动位置，或等待用户将放置的物体移走后，检测不到该障碍物，则割草机继续向前行进；割草机也可以直接停机，等待用户对该障碍物进行处理后，再次开机行进。

具体的，行进过程中，可以设定一预设的安全距离，当检测到的活动障碍物与割草机的距离大于该安全距离时，选择减速慢行；当活动障碍物与割草机的距离等于或小于该安全距离时，选择直接停机。该安全距离的具体数值可以根据需求进行设定，本文不对该安全距离进行限定。

割草机的行进方式为向后，且判定后方存在障碍物时，与上述避障方式相同，本文不再赘述。

当判定障碍物位于割草机的排草口一侧时，为避免排草动作对人体或动物造成伤害，或对其他物体造成损坏，则控制排草口关闭，直至在排草口一侧检测不到活动障碍物，再次开启排草口。

本申请通过对排草口一侧的障碍物进行检测，并在检测到障碍物后，关闭排草口，提高了割草机运行的安全性。

为进一步保证割草机的顺利运行，本申请提供的割草机的自动驾驶方法在控制割草机行进前，还包括：对割草机进行自检，若割草机的自检结果正常，则进入预充电状态，否则记录和显示故障情况，并停机。

通过在割草机开始运行前，对割草机进行自检，以避免割草机在存在故障的情况下运行，从而保证安全性。

具体的，对割草机进行自检包括，对电源电压、掉电、温度等进行检测，并显示和记录；对CAN总线上的BMS设备、仪表、行走控制器、割刀控制器等结构的状态进行检测，并显示和记录；如果左右行走电机控制器、割刀电机控制器、推杆电机控制器等出现错误故障报警，则系统显示和记录故障情况，并进入停机等待状态；经自检，反馈正常，则可以进入预充电状态。

进入预充电状态包括：对割草机的各控制器母线电容充电，若任一控制器母线电压在预定时间内未达到设定值，或预充电流异常，则记录和显示预充电故障，并停机；否则进入驻车等待状态。

在预充电完成进入驻车等待状态后，还可进一步发出提示信息，如提示和等待地面遥控系统发指令等，此时可提示操作人员和无关人员与割草机保持适当的安全距离；如果地面遥控系统发出启动指令，则控制割草机的主控制器吸合，若在主控制器吸合过程中检测到驱动端开路或短路，则系统显示和记录主接触器驱动故障，并进入停机等待状态；若主接触器已吸合，且未发现停机故障，则根据指令控制割草机行进，并进行割草。

其中控制割草机进行行进具体包括，关闭驻车等待状态，进入行进状态；在割草机行进过程中，若接收到停车命令，则控制割草机的行进状态为自由滑行，直至停车；若行进过程中检测到每一行走控制器发生故障，或检测到飞车故障，则电磁刹车立即断开，同时控制割草机的行进状态为自由滑行，直至停车。

行进过程中，割草机可以根据指令或根据行进路线调整行进速度为高速模式或低速模式，本申请优选低速模式转速最高为1500RPM，高速模式转速最高为4800RPM；为保证安全性，本申请优选在线控手柄操作方式下，只支持低速模式。

行进过程中，若检测到BMS故障，或检测到当前电池的电量不大于10％，则控制割草机的行进速度为低速模式。

本申请中控制割草机进行割草包括：获取割草指令，根据割草指令控制割草机的割台进行升降，以及控制割草机的割刀转速。

其中割台的高度以及割刀的转速均可根据草场的具体情况进行选择；在进行割草时，若检测到任一割刀控制器故障，或者割刀CAN通信掉线，则控制所有割刀停止运行，直至重新上电护割刀重新开始运行。

进一步的，控制所述割草机进行割草还包括：对割草机的电池电量进行检测，若电池电量小于预设电量，则控制割刀停止运行，且禁止割台下降；对割台的高度进行判断，若割台处于最高位或最低位时，则割刀停止运行。

其中预设电量可根据需求进行自主设定，本申请优选该预设电量为10％。

综上，为便于理解，本申请提供一种完整的割草机自动驾驶方法，具体包括如下步骤：

S1：获取草场的航点数据，根据航点数据规划行进路径，并标定固定障碍物；

S2：对割草机进行自检，判断割草机的状态是否正常，若判定割草机的状态正常，进入步骤S4，否则进入步骤S3；

S3：停机，根据故障原因对割草机进行维修后，进入步骤S2；

S4：进入预充电状态，并判断预充电状态是否正常，若预充电状态正常，进入步骤S5，否则进入步骤S3；

S5：根据行进路径，控制割草机行进，同时控制割草机进行割草。

其中步骤S5包括避障过程：

S501：判断割草机的辐射范围内是否存在障碍物；若判定存在障碍物，进入步骤S502，否则进入步骤S504；

S502：判断障碍物是否为固定障碍物，若判定障碍物为固定障碍物，则进入步骤S503，否则进入步骤S504；

S503：绕行固定障碍物，然后进入步骤S501；

S504：判断割草机的行进方向是否为向前，若是，则进入步骤S505，否则进入步骤S507；

S505：判断障碍物是否位于割草机的前方，若是，进入步骤S506，否则进入步骤S501；

S506：割草机停机，直至重新接收到行走指令后，进入步骤S501；

S507：判断割草机的行进方向是否为向后，若是，则进入步骤S508，否则进入步骤S509；

S509：判断障碍物是否位于割草机的后方，若是，进入步骤S506，否则进入步骤S501；

S509：判断障碍物是否位于割草机的排草口一侧，若是，则进入步骤S510，否则进入步骤S501；

S510：排草口关闭，直至排草口一侧检测不到障碍物，排草口重新开启。

此外，步骤S5中的割草机进行割草还包括：

S501：获取割草指令，根据割草指令控制割台的高度以及割刀的转速；

S502：对电池的电量进行检测，判断电池电量是否小于预设电量，若是，进入步骤S503，否则进入步骤S504；

S503：控制割刀停止运行，禁止割台下降；

S504：判断割台是否处于最高位或最低位，若是，进入步骤S505，否则进入步骤S501；

S505：控制割刀停止运行。

本发明的另一目的在于提供一种割草机，该割草机根据上述的割草机的自动驾驶方法进行自动驾驶；具体的，参见图1所示，该割草机包括割草机本体1、行走模块2、切割模块3、路径规划模块、人机交互模块、避障模块以及控制模块，其中，行走模块2安装于割草机本体1上，用于驱动割草机本体1行进；切割模块3安装于割草机本体1上，用于割草；路径规划模块安装于割草机本体1上，用于对行走模块2的行进路线进行规划；路径规划模块包括打点测绘仪；人机交互模块用于获取割草机的作业参数；避障模块安装于割草机本体1上，用于对障碍物进行检测；割草机本体1、行走模块2、切割模块3、路径规划模块、人机交互模块以及避障模块均与控制模块信号连接。

本申请优选路径规划模块包括打点测绘仪，通过打点测绘仪来获取草场的航点数据以及固定障碍物，并将这些航点数据以及固定障碍物信息传输至控制模块中，以便于控制模块根据接收到的航点数据以及固定障碍信息来规划行进路径。

本申请的控制模块包括自动驾驶仪控制器VCU，参见图2所示，本申请的割草机本体1、行走模块2、切割模块3、路径规划模块、人机交互模块以及控制模块等通过CAN总线扩展坞进行连接，全车采用CAN open协议进行通讯；同时自动驾驶仪控制器VCU各相关接口分别接入RTK天线、遥控器接收机天线，并可通过内置4G模块接收CORS站的RTK信号。

具体的，参见图3所示，本申请中的行走模块2包括右前轮21、左前轮22，依次相连的右后轮23、右后减速箱24、右行走电机25，以及依次相连的左后轮26、左后减速箱27、左行走电机28；其中右行走电机25的右行走驱动器、左行走电机28的左行走驱动器均与控制模块相连，右行走驱动器、左行走驱动器接均接收自动驾驶仪控制器VCU来的CAN信号，驱动相应的行走电机输出合适的转速和功率，割草机的方向由左右行走电机的转速决定，同时通过接收的电机编码器信号，对相应的电机进行闭环控制，保证电机控制的精确性；右行走驱动器、左行走驱动器通过CAN通讯传送电机及驱动器状态给自动驾驶仪控制器VCU，以使自动驾驶仪控制器VCU来进行调整。

本申请优选避障模块包括若干雷达，即在割草机的四周安装若干雷达，控制模块接收各雷达反馈的信号，并通过CAN通讯发送给自动驾驶仪控制器VCU来根据反馈信号进行相应的控制。

其中割草机进行障碍物判断时所检测的范围根据雷达的辐射范围而定；参见图4所示，根据割草机的行进方向，本申请将割草机周围的雷达探测范围分为前侧方探测区域4、前方探测区域5、左侧探测区域6、右侧探测区域7、后方探测区域8；割草机行进过程中具体根据检测到的障碍物所处的探测区域以及割草机的行进方向等，来选择合适的避障方式。

其中各区域的具体范围可经实测，或通过相应的计算得到；譬如，本申请将割草机的最高车速记为V1，减速后的行驶车速记为V2，系统反应时间记为t1，减速行驶时间记为t2，行进过程中前方的雷达探测距离记为S，发出刹车指令时车辆与障碍物之间的相对距离记为S1，从探测到障碍物到发出刹车指令时车辆与障碍物之间的相对距离记为S2，雷达的侧方探测区域宽度记为S3，最大车速时的刹车距离记为S4，预设安全距离记为S5，侧方进入的移动障碍物的最大移动速度记为Vs；其中V1、V2、t1、t2、S4的具体数值可经实测得到；Vs按成年人快速走路的速度，选为Vs＝7km/h；其他数值相应的计算来进行选择，如S5>V1*t1；S3>Vs*t1；S2＝V2*t2；S1＝S4+S5；S＝S1+S2。

为便于理解，本文对割草机周围各位置的避障方式进行详细说明。

首先，对割草机的前方避障方式进行介绍。

在前方避障过程中，设置报警距离为10米，刹车距离为3米，本文将割草机前方3米与割草机之间的范围记为前方刹车范围，并将割草机前方10与前方3米之间的范围记为报警范围。

在割草机前方检测到静止或运动的活动障碍物时，若该障碍物位于报警范围内，则割草机减速，并提示告警；若该障碍物位于刹车范围内，则割草机刹车，关闭割刀，并提示告警。

其次，对割草机的右方(排草口31所在一侧)避障方式进行介绍。本申请优选右侧的安全距离为2米；当在距离割草机右侧2米范围内检测到障碍物时，关闭排草口31并告警，障碍物离开该安全距离后，重新打开排草口31，解除告警。

再次，对割草机的左侧避障方式进行介绍。左侧的安全距离设置为2米。当在割草机左侧2米范围内检测到障碍物时，提示告警；障碍物离开，解除告警。

最后，对割草机的后侧避障方式进行介绍。在割草机进行倒车时，采取与前方同样的避障方式；非倒车情况下，不做避障处理。

参见图5～图10所示，本申请中切割模块3包括排草口31，以及与排草口31相连的第一电动推杆32；至少一个雷达与排草口31相邻设置；第一电动推杆32与控制模块信号连接。

由于割草机在割草过程中通过排草口31将剪下的草排出割草机，如果在割草进行过程中，在排草口31附近存在人或动物等，排草动作可能会对人体或动物造成伤害；本申请在排草口31所在的一侧设置雷达，在检测到该侧存在活动障碍物后，将该检测信号反馈至控制模块，控制模块根据接收到的信号，向第一电动推杆32的驱动器发出关闭排草口31的指令，第一电动推杆32的驱动器接收到指令后，驱动第一电动推杆32带动排草口32的盖板盖上，直至检测到排草口31所在的一侧不存在活动障碍物后，开启排草口31。

具体的，本申请中的排草口31包括上转轴组合311、下转轴组合312、排草口支架313、拉线314，上转轴组合311包括第一齿轮3111，上转轴焊合3112，排草罩3113，扭簧3114；下转轴组合312包括摆臂3121、第二齿轮3122、封草板焊合3123；当排草口31一侧未检测到障碍物时，草屑按图示方向排出；当排草口31所在的一侧检测到障碍物时，第一电动推杆32的驱动器根据控制模块的信号，驱动第一电动推杆32收缩，第一电动推杆32收缩过程中，通过拉线314带动摆臂3121向上摆动，摆臂3121通过封草板焊合3123带动第二齿轮3122转动，第二齿轮3122通过与第一齿轮3111的齿轮传动，通过上转轴焊合3112将排草罩3113向上掀起，最终将排草口31封死。当右侧雷达探测到障碍物离开后，反馈信号给VCU，VCU发出信号给第一电动推杆32，第一电动推杆32伸长，排草罩3113及上转轴焊合3112在扭簧3114的作用下向下翻动，封草板焊合3123带动第二齿轮3122转动，通过齿第二齿轮3122与第一齿轮3111的齿轮传动，第一齿轮3111在上转轴焊合3112的带动下产生转动，通过与第二齿轮3122的齿轮传动，带动封草板焊合3123向上掀起，重新打开排草口311，使割下的草屑按图示方向排出。

由于排草口31通常设置于割草机的右侧，本申请优选在割草机的右侧设置雷达。

本申请中的切割模块3还包括割台33，与割台33相连的第二电动推杆34，以及连接于割台33上的割刀结构；第二电动推杆34与控制模块信号连接。

通过第二电动推杆34带动割台33来进行升降，以便于对割台33的高度进行调节；控制模块根据用户的指令，或者根据系统检测到的相关信息，向第二电动推杆34的驱动器发出上升或下降指令，进而通过该驱动器驱动第二电动推杆34运行，带动割台33进行上升或下降。

本申请中的割刀结构用于割草，割刀结构包括割刀电机35，割刀电机35与所控制模块信号连接，通过割刀电机35带动割刀转动来进行割草。

本申请优选割草机中割刀电机35的数量为三个，通过三个割刀电机35来带动三个割刀转动实现割草。自动驾驶仪控制器VCU通过CAN总线发送相关转速命令给割刀电机驱动器调节割刀电机35的速度。

本申请中的割草机还包括供电的电池模块9，该电池模块9安装于割草机本体1上，且电池模块9与控制模块信号连接。

本申请提供的割草机进行作业时的控制方式有三种，包括有线控制模式、手动控制模式、任务模式；其中有线控制模式一般用于割草机上下运输车时的操作，按住线控手柄上的前进、后退、左转、右转等控制按钮，即可控制割草机的运动；有线控制模式下，割草机的前进、后退速度是固定的，割刀电机35被强制停止运行，以提高安全性。有线控制模式具有最优先等级。

手动控制模式是指采用遥控器来对割草机进行控制；遥控器上的通道拨杆对应着割草机的行进速度、割草速度，割台高度的调节，行走电机的速度,割刀电机35的速度，第二电动推杆34的值由自动驾驶仪控制器VCU根据遥控器上的通道拨杆位置计算得出，并通过CAN总线传送到对应的驱动器，驱动器产生相对应的电压电流，驱动行走电机、割草电机35输出合适的转速和功率，或者驱动第二电动推杆34到达指定高度。

任务模式又称自主模式，在通过遥控器上的拨杆开关选定“任务模式”后，通过打点测绘、路径规划并上传、设定行进方式等步骤后，割草机进行自主作业，直至完成该草场的割草任务并返回。具体过程如下：

a、打点测绘：通过高精度打点测绘仪，对草场边界上的特征点进行测绘并上传到自动驾驶仪控制器VCU产生航点数据；也可以遥控器操作割草机沿草场边界进行边割草边打点测绘，产生航点数据。

b、自动驾驶仪控制器VCU把航点数据传送给人机交互模块，人机交互模块根据割草行进方式，产生路径规划信息并上传给自动驾驶仪控制器VCU，同时上传设定的行进速度、割草速度，割台高度等控制信息给自动驾驶仪控制器VCU。

c、自主作业：自动驾驶仪控制器VCU通过CAN总线发送相关转速命令给左右行走电机驱动器，控制行走电机驱动割草机按规定路径向目标位置行进，具体控制方法如图11所示，该控制系统是一个闭环控制系统，包含了位置环、航向环、速度环这三个负反馈控制环。

同时，自动驾驶仪控制器VCU通过CAN总线发送相关转速命令给割刀电机驱动器调节割刀电机35的速度。

自动驾驶仪控制器VCU通过CAN总线发送相关高度命令给第二电动推杆34的驱动器，调节割台33的高度。

d、避障：割草作业过程中，采用了两种避障方法：主动避障和被动避障，以规避行进路径上出现的人、动物或固定物。

①主动避障：在打点测绘过程中，对草场中的固定障碍物进行打点标记，当割草机行进到此固定障碍物处时，割草机一般采用绕行方式，避开障碍物。

②被动避障：在割草机四面安装若干雷达，其中前向安装有高精度毫米波雷达，用于分辨前方障碍物的性质，并有若干补盲的超声波雷达，侧面和后方也装有超声波雷达，当前方有障碍物时，自动驾驶仪控制器VCU接收到避障模块传来的信息，降低车速或停车，报警后由操作人员根据现场状况进行后续作业；右侧面出现障碍物时，第一电动推杆32带动排草口31盖板盖上，防止排草口31对人、动物造成伤害，障碍物消失后，打开排草口31。割草机后退时，如果后向超声波雷达探测到障碍物，停车并报警，由操作人员进行处理。

本发明提供的割草机，通过一次打点测绘即可储存航点数据以及固定障碍物，并在后期作业时随时可调用这些数据信息，简单方便，节约时间；割草机自动驾驶仪控制器接收高精度RTK导航信号驱动行走电机，反应快，行走精度高，直线行走轨迹跟踪误差在2.5cm以内；避障模块在作业时，可分辨出障碍物类型，并根据不同障碍物进行相关动作，使割草机能以较低成本实现避障功能，避障迅速可靠，且有利于提高割草速度。

本发明通过无人驾驶电动割草机的电气控制系统，使割草机能够适应各种草场的形状、地形，并通过人机交互模块输入相关割草速度、割草高度、割幅、行走方式等要求，进行草场测量、自动割草、上传并储存相关草场及作业信息；该割草机控制系统能实现遥控、自主作业、线控等控制操作，适应各种工况场景；采用人机交互模块与远程模块，实时获取割草机信息并上传，方便进行产品优化与远程诊断。

虽然本公开披露如上，但本公开的保护范围并非仅限于此。本领域技术人员，在不脱离本公开的精神和范围的前提下，可进行各种变更与修改，这些变更与修改均将落入本发明的保护范围。

Claims (10)

1.一种割草机的自动驾驶方法，其特征在于，包括如下步骤：

获取草场的航点数据，根据所述航点数据规划行进路径，并标定固定障碍物；

根据所述行进路径，控制所述割草机行进的同时，控制所述割草机进行割草；

所述割草机行进过程中，判断所述割草机的辐射范围内是否存在障碍物；

若判定存在所述障碍物，判断所述障碍物的类型；

根据所述障碍物的类型，选择避障方式。

2.如权利要求1所述的割草机的自动驾驶方法，其特征在于，根据所述障碍物的类型，选择避障方式包括：若判定所述障碍物为所述固定障碍物，则选择主动避障。

3.如权利要求2所述的割草机的自动驾驶方法，其特征在于，所述主动避障包括绕行。

4.如权利要求2所述的割草机的自动驾驶方法，其特征在于，根据所述障碍物的类型，选择避障方式还包括：若判定所述障碍物不是所述固定障碍物，则根据所述割草机的行进方式以及所述障碍物的位置，选择被动避障。

5.如权利要求4所述的割草机的自动驾驶方法，其特征在于，

若所述割草机的行进方式为向前，且所述障碍物位于所述割草机的前方，则控制所述割草机减速或停车；

若所述割草机的行进方式为向后，且所述障碍物位于所述割草机的后方，则控制所述割草机停车；

若所述障碍物位于所述割草机的排草口一侧，则控制所述排草口关闭。

6.如权利要求1～5任一项所述的割草机的自动驾驶方法，其特征在于，在控制所述割草机行进前，还包括：对所述割草机进行自检，若所述割草机的自检结果正常，则进入预充电状态，否则记录和显示故障情况，并停机。

7.如权利要求6所述的割草机的自动驾驶方法，其特征在于，所述进入预充电状态包括：对所述割草机的各控制器母线电容充电，若任一所述控制器母线电压在预定时间内未达到设定值，或预充电流异常，则记录和显示预充电故障，并停机。

8.如权利要求6所述的割草机的自动驾驶方法，其特征在于，控制所述割草机进行割草包括：获取割草指令，根据所述割草指令控制所述割草机的割台进行升降，以及控制所述割草机的割刀转速。

9.如权利要求8所述的割草机的自动驾驶方法，其特征在于，控制所述割草机进行割草还包括：对所述割草机的电池电量进行检测，若所述电池电量小于预设电量，则控制所述割刀停止运行，且禁止所述割台下降；对所述割台的高度进行判断，若所述割台处于最高位或最低位时，则所述割刀停止运行。

10.一种割草机，其特征在于，所述割草机根据权利要求1～9任一项所述的割草机的自动驾驶方法进行自动驾驶；

所述割草机包括割草机本体(1)、行走模块(2)、切割模块(3)、路径规划模块、人机交互模块、避障模块以及控制模块，其中，

所述行走模块(2)安装于所述割草机本体(1)上，用于驱动所述割草机本体(1)行进；

所述切割模块(3)安装于所述割草机本体(1)上，用于割草；

所述路径规划模块安装于所述割草机本体(1)上，用于对所述行走模块(2)的行进路线进行规划；

所述路径规划模块包括打点测绘仪；

所述人机交互模块用于获取所述割草机的作业参数；

所述避障模块安装于所述割草机本体(1)上，用于对障碍物进行检测；

所述割草机本体(1)、所述行走模块(2)、所述切割模块(3)、所述路径规划模块、所述人机交互模块以及所述避障模块均与所述控制模块信号连接。

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